数字频率计数器的设计(要点说明

1.实习目的

电子线路实习时了配合模拟电子技术基础课程的教学而开设的。采用EAD

技术中的multisim软件来对模拟电路进行仿真运行，让学生完成EDA技术方面的初步训练，培养起掌握新技术的能力，以适应当今电子技术的飞速发展。

以计算机仿真为基础的电子设计自动化即EAD技术已成为当代电子电路及集成电路设计中不可缺少的重要手段。multisim是一个优秀的电子技术训练工具，利用它可以更灵活的进行电路实验，并在实验室难以达到的实验条件下进行模拟，从而提高学生设计和分析电路的能力。通过综合性设计能使学生会解决较复杂实际问题的能力，为其后续课程的学习和以后从事实际工作打下坚实的基础。

2.实习内容

2.1 multisim简介

Multisim 11是IIT公司推出Multisim 11之后的Multisim最新版Multisim11提供了全面集成化的设计环境，完成从原理图设计输入、电路仿真分析到电路功能测试等工作。当改变电路连接或改变元件参数，对电路进行仿真时，可以清楚地观察到各种变化对电路性能的影响。 EDA是在计算机辅助设计技术的基础上发展起来的计算机软件系统。与早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高，功能更完善，运行速度更快，而且操作页面友善，有良好的数据开放性和互换性。

电子工作平台Electronice Workbench 软件是加拿大 Interactive Image Technologies 公司于八十年代末，九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件。它具有一些特点：

（1）.采用直观的图形界面创造电路，在计算机屏幕上模拟真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元件，电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上获取。（2）.软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实事显示测量结果。

（3）.EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。

（4）.作为设计工具，它可以同其他电路分析.设计和制板软件交换数据。（5）.EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况。

（6）.熟悉常用电子仪器测量方法，因此非常适合电子类课程的教学和实验。这里，我们向大家介绍EWB软件的初步知识，基本操作方法，电路图的绘制，虚拟仪器的使用及基本分析方法。

2.2 数字频率计数器测频的基本原理

数字频率计是用十进制来显示被测信号频率的一种测量装置。所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则频率可以表示为：

f/

T

N

因此，数字频率计的原理框图如下图所示：

图1、数字频率计的原理框图

首先脉冲形成电路进行波形变换将被测信号变成频率等于fx的脉冲信号时基信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1S,则门控电路的输出信号持续时间亦准确的等于1S。

闸门电路有标准秒信号控制，当秒信号到来时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。由于计数器记得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。

逻辑控制单元的作用有两个：其一，产生清”0”脉冲，是计数器每次从零开始计数；其二，产生锁存信号，使显示器上的数字稳定不变。

最后，将锁存器中的数据送入译码显示器即可实现频率测量。

2.3数字频率计数器的设计

2.3.1 放大整形电路

放大整形电路由晶体管1BH62与74LS00等组成，其中组成放大器将输入频率为的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。其电路如图：

图1 放大整形电路

其中由C5端输入未知频率的波，74LS00组成的施密特触发器将从放大的信号进行整形变换，得到需要的方波.

2.3.2 分频电路

主要由74LS160组成（74LS160的管脚图，功能表及波形图详见书上），因为振荡器产生的是100KHz的脉冲,也就是其周期是0.00001s,而时基信号要求为0.001、0.01s、0.1s和1s。，由两个相同的同步4级计数器构成，计数器级为D 型触发器，具有内部可交换CP和EN线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数，在单个运算中，EN输入保持高电平，且在CP上升沿进位，CR线为高电平时清零。计数器在脉动模式可级联，通过将Q³连接至下一计数器的EN输入端可实现级联，同时后者的CP输入保持低电平。

如图所示，电压脉冲产生的1kHz的信号经过三次分频后得到3个频率分别为100Hz、10Hz和1Hz的方波。开关J4控制基准时间。

图2 分频电路

2.3.3 控制电路及门控电路

控制电路与主控门电路如图所示。主控电路由双D 触发器74LS74D 及与非门74ALS00N 构成。双D 触发器的任务是输出闸门控制信号，以控制主控门(2)的开启与关闭。如果通过开关S2 选择一个时基信号，当给与非门(1)输入一个时基信号的下降沿时，门1就输出一个上升沿，则双D 触发器的 Q1 端就由低电平变为高电平，将主控门2开启。允许被测信号通过该主控门并送至计数器输入端进行计数。相隔1s （或0.1s ，10ms ，1ms ）后，又给与非门1输入一个时基信号的下降沿，与非门1输出端又产生一个上升沿，使双D 触发器的Q1 端变为低电平，将主控门关闭，使计数器停止计数，同时1Q 端产生一个上升沿，使双D 触发器翻转成Q2＝1，2Q ＝0，由于2Q ＝0，它立即封锁与非门1不再让时基信号进入双D 触发器，保证在显示读数的时间内 Q1 端始终保持低电平，使计数器停止计数。

图3 控制电路及主控门电路

利用Q2端的上升沿送到下一级的延时、整形单元电路。当到达所调节的延时时间时，延时电路输出端立即输出一个正脉冲，将计数器和所有D触发器全部置0。复位后，Q1＝0，1Q＝1，为下一次测量作好准备。当时基信号又产生下降沿时，则上述过程重复。

2.3.4微分、整形电路